(57)【要約】【課題】電流ブロック構造を有する発光ダイオードおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】この発光ダイオードは、基板、基板上に設けたエピタキシアル構造、エピタキシアル構造上に設けた抵抗性接触電極およびエピタキシアル構造中に設けた電流ブロック構造を含む。エピタキシアル構造は、下クラッド層、上クラッド層、上クラッド層と下クラッド層の間に挟まれた発光層、上クラッド層上に設けた窓層、窓層と抵抗性接触電極の間に設けたコンタクト層を含む。この電流ブロック構造は、抵抗性接触電極の下表面から発光層まで延ばすことができる。本発明は、注入技術を利用してプロトンをエピタキシアル構造中に注入することにより、電流ブロック構造を形成する。【選択図】図９
2006352177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
間に発光層が挟まれた下クラッド層と上クラッド層、および前記上クラッド層上に設けられた窓層を有し、前記基板上面に設けられたエピタキシアル構造と、
前記エピタキシアル構造の上に設けられたｐ型抵抗性接触電極と、
前記基板の下面に設けられたｎ型抵抗性接触電極と、
前記エピタキシアル構造の内部に設けられた電流ブロック構造と
を備えてなる発光ダイオードであって、
前記電流ブロック構造が、不純物として窒素を含み、前記ｐ型抵抗性接触電極の下から前記下クラッド層まで延びており、
前記電流ブロック構造の面積が、前記ｐ型抵抗性接触電極の面積より小さいことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記窓層と前記ｐ型抵抗性接触電極の間に、横方向に電流を展開するコンタクト層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記電流ブロック構造が、前記ｐ型抵抗性接触電極の下表面から延びることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項４】
電流ブロック構造を有する発光ダイオードの製造方法において、
１）基板の上面に、間に発光層が挟まれた下クラッド層と上クラッド層、および前記上クラッド層上に設けられた窓層を有するエピタキシアル構造を形成するステップと、
２）前記エピタキシアル構造の上に、少なくとも１つの開口を含むフォトレジスト層を形成するステップと、
３）前記エピタキシアル構造の内部に前記電流ブロック構造を形成するのに用いる、前記開口の下のエピタキシアル構造に窒素不純物を注入する注入工程を少なくとも１回行うステップと、
４）前記フォトレジスト層を除去するステップと、
５）前記エピタキシアル構造の上にｐ型抵抗性接触電極を形成するステップと、
６）前記基板の下面にｎ型抵抗性接触電極を形成するステップとを有してなり、
前記ステップ３）において、前記電流ブロック構造が前記ｐ型抵抗性接触電極の下の領域から少なくとも前記発光層を含むところまで延びるようにすると共に、前記電流ブロック構造の面積を、前記ｐ型抵抗性接触電極の面積より小さくすることを特徴とする発光ダイオード製造方法。
【請求項５】
前記注入工程が、所定用量と所定エネルギーのプロトンビームを前記エピタキシアル構造に導入することを特徴とする請求項４記載の発光ダイオード製造方法。
【請求項６】
前記所定用量が、（１×１０１２）不純物／ｃｍ２から（９×１０１６）不純物／ｃｍ２の範囲内であることを特徴とする請求項５記載の発光ダイオード製造方法。
【請求項７】
前記所定エネルギーが、１００キロ電子ボルトから１０００キロ電子ボルトの範囲内であることを特徴とする請求項５記載の発光ダイオード製造方法。
【請求項８】
電流ブロック構造を有する発光ダイオードの製造方法において、
１）基板の上面に、間に発光層が挟まれた下クラッド層と上クラッド層、および前記上クラッド層上に設けられた窓層を有するエピタキシアル構造を形成するステップと、
２）前記エピタキシアル構造の上にｐ型抵抗性接触電極を形成するステップと、
３）前記エピタキシアル構造の上に、前記ｐ型抵抗性接触電極の面積より小さい面積の開口を少なくとも１つ含むフォトレジスト層を形成するステップと、
４）前記エピタキシアル構造の内部に前記電流ブロック構造を形成するのに用いる、前記開口の下のエピタキシアル構造に窒素不純物を注入する注入工程を少なくとも１回行うステップと、
５）前記基板の下面にｎ型抵抗性接触電極を形成するステップとを有してなり、
前記電流ブロック構造が前記ｐ型抵抗性接触電極の下の領域から前記下クラッド層まで延びるようにすると共に、前記電流ブロック構造の面積を前記ｐ型抵抗性接触電極の面積よりも小さくすることを特徴とする発光ダイオード製造方法。
【請求項９】
前記注入工程が、所定用量と所定エネルギーのプロトンビームを前記エピタキシアル構造に導入することを特徴とする請求項８記載の発光ダイオード製造方法。
【請求項１０】
前記所定用量が、（１×１０１２）不純物／ｃｍ２から（９×１０１６）不純物／ｃｍ２の範囲内であることを特徴とする請求項９記載の発光ダイオード製造方法。
【請求項１１】
前記所定エネルギーが、１００キロ電子ボルトから１０００キロ電子ボルトの範囲内であることを特徴とする請求項９記載の発光ダイオード製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードおよびその製造方法、特に電流ブロック構造を有する発光ダイオードおよび注入技術を利用した製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去４０年間、世界各国で新型発光ダイオード材料システムの開発とその内部量子効率（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の向上を図るためにあらゆる努力が払われてきた。しかし、発光ダイオードの外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）と内部量子効率の間には、今日もなお大きな落差が存在している。ダブルへテロ構造（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ、ＤＨ）を採用した発光ダイオードの内部量子効率は９９％にも達するが、外部量子効率は低く、数パーセントしかない。その主な原因は、（１）発光ダイオードの発光層上部のｐ型クラッド層、ｐ型窓層、ｐ型コンタクト層における電流分布の関係により、発生した大部分の光子がｐ型抵抗性接触電極に阻まれ、反射して戻ってしまい、さらにその基板に吸収されるため、光子がダイオードを輻射する確率を低下させてしまう。（２）光子が高屈折率（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｉｎｄｅｘ、ｎ）の半導体材料中から周辺の低屈折率の空気（ｎ＝１）に伝わろうとしても非常に難しく、これによっても大多数の光子が反射して戻り、さらに基板に吸収されるからである。
【０００３】
現在商品化されている高輝度発光ダイオードには、赤色、黄色、緑色と青色があり、いずれもリン化アルミニウムガリウムインジウム／ヒ化ガリウム基板と窒化アルミニウムインジウムガリウム／サファイア単結晶基板などの半導体材料を使用し、さらに有機金属化学気相堆積（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ）技術で発光ダイオードをエピタキシアル成長させる膜層構造を採用している。
【０００４】
図１は周知の発光ダイオード１０の断面図である。図１に示すように、発光ダイオード１０はヒ化ガリウム基板１２、ｎ型リン化アルミニウムガリウムインジウム（ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ）で構成された下クラッド層１４、非ドープのリン化アルミニウムガリウムインジウム（ｕｎｄｏｐｅｄ−ＡｌＧａＩｎＰ）で構成された発光層１６、ｐ型リン化アルミニウムガリウムインジウム（ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ）で構成された上クラッド層１８を含む。このほかに、発光ダイオード１０は上クラッド層１８表面に設けたｐ型抵抗性接触電極２２とヒ化ガリウム基板１２の下表面に設けたｎ型抵抗性接触電極２０をも含む。このｐ型抵抗性電極２２は、直径約１５０ミクロンの金属膜であって、外部回路のパッドである。発光ダイオード１０に加えられる電流は、このｐ型抵抗性接触電極２２を経由して上から下へと、上クラッド層１８を流れ、さらに発光層１６に注がれ、光子を生じさせる。
【０００５】
上クラッド層１８を構成するｐ型リン化アルミニウムガリウムインジウムには比較的高い電気抵抗があり、しかも非常に薄いために、電流は均一に横方向に展開しにくく、そのために大部分の電流がｐ型抵抗性接触電極２２の真下に集中してしまう。しかし、ｐ型抵抗性接触電極２２の真下にある発光層１６で生じる光子が発光ダイオード１０を射出しようとするときに、上部のｐ型抵抗性電極２２に阻まれて反射して戻り、最後に大部分の光子がエネルギーギャップの比較的小さいヒ化ガリウム基板１２に吸収され、そのことが発光ダイオード１０の外部量子効率を規制してしまう。
【０００６】
発光ダイオード１０は、直接ｐ型リン化アルミニウムガリウムインジウムで構成された上クラッド層１８を電流展開層としているが、研究の結果、これには次の３つの問題があることを発見した。すなわち、（１）ｐ型リン化アルミニウムガリウムインジウムのキャリア移動度（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ）が非常に低く、わずか１０ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃ前後にすぎない。（２）ｐ型リン化アルミニウムガリウムインジウムはインプリントしにくく、最高キャリア濃度はわずか１０１８／ｃｍ３前後にすぎない。（３）ｐ型リン化アルミニウムガリウムインジウムのエピタキシアル層が２〜５ミクロンのとき、リン化アルミニウムガリウムインジウム半導体材料の品質を劣化させる。
【０００７】
図２は、もう１つの周知の発光ダイオード３０の断面図である。図１の発光ダイオード１０と比較すると、図２の発光ダイオード３０は上クラッド層１８上のｐ型窓層３２が増えている。前述した問題を克服するために、研究者は上クラッド層１８の上にさらに厚さ約２〜５０ミクロンのｐ型窓層３２をエピタキシアル成長させた。現在広く窓層に使用されている半導体材料には、リン化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＰ）、ヒ化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＡｓ）、窒化ガリウム、リン化ガリウムなどがある。このｐ型窓層３２は、比較的低い電気抵抗率（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）があるだけでなく、発光ダイオード３２を射出する光子を透過する（すなわち吸収しない）。このｐ型窓層３２を採用することにより、研究者は、リン化アルミニウムガリウムインジウム高輝度赤色の発光ダイオードの開発に成功した。日本の東芝（Ｔｏｓｈｉｂａ）は、１９９１年にまずｐ型ヒ化アルミニウムガリウム（ｐ−ＡｌＧａＡｓ）を採用して窓層と電流展開層を製造し、発光ダイオードの外部量子効率を約４０倍増した。その後、米国のヒューレットパッカード（Ｈｅｗｅｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ）社は厚さ２〜１５ミクロンのｐ型ヒ化ガリウム（ｐ−ＧａＰ）を採用して窓層を製造し、発光ダイオードの外部量子効率を効果的に上昇させた。
【０００８】
図３は、もう１つの周知の発光ダイオード４０の断面図である。図３に示すように、発光ダイオード３０と比較すると、発光ダイオード４０は上クラッド層１８上に窓層４２を設けて横方向に電流を展開させており、この窓層４２は、リン化ガリウム／ヒ化ガリウム／リン化ガリウム（ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＰ）の３層エピタキシアル層構造を採用している。台湾の国聯光電公司は、この設計を採用して、リン化アルミニウムガリウムインジウム赤色の高輝度発光ダイオードの開発に成功した。
【０００９】
図４はもう１つの周知の発光ダイオード５０の断面図である。発光ダイオード５０は１つの透明電極５２を利用して横方向に電流を展開させる。透明電極５２は、インジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）をｐ型リン化アルミニウムガリウムインジウムで構成された上クラッド層１８の上に成長させて、発光ダイオード５０の電流が透明電極５２を経由して横方向に展開し、上クラッド層１８まで到達させる。台湾の工業技術研究院光電工業研究所はまずこの設計を利用してリン化アルミニウムガリウムインジウム赤色の高輝度発光ダイオードの開発に成功した。しかし、インジウムスズ酸化物とリン化アルミニウムガリウムインジウムの界面に良好な抵抗性接触を形成しにくいため、中間にｐ型ヒ化ガリウムで構成された移行層５４（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）を加える必要がある。
【００１０】
図５は、もう１つの周知の発光ダイオード６０の断面図である。発光ダイオード６０は、電流ブロック（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｂｌｏｃｋｉｎｇ）構造を採用して、電流を横方向に展開させるものであり、これには、上クラッド層１８上に設けたｐ型窓層６２と、上クラッド層１８とｐ型窓層６２の間に設けたｎ型エピタキシアル層６４とが含まれる。このｎ型エピタキシアル層６４は、ｐ型抵抗性接触電極２２の真下にあり、さらに上クラッド層１８と電流の通過を阻止できるｐｎ境界面を形成する。この種の電流ブロック構造は、発光ダイオード６０の電流を、中央区域に集中させずに、横方向に展開させて効果的にｐ型抵抗性接触電極２２の周囲まで到達させるため、発光層１６で生じた光子がｐ型抵抗性接触電極２２に遮断される確率を大幅に低減させ、それにより、発光ダイオード６０の外部量子効率を高める。日本の東芝は、ｐ型ヒ化ガリウム（ｐ−ＡｌＧａＡｓ）半導体材料を採用して窓層を製造し、さらにｎ−型島状の電流ブロック構造を加えている。
【００１１】
もしｐｎ境界面の電流ブロック構造を採用する場合、ＭＯＣＶＤエピタキシアル成長を行うときに２つのステップが必要となる。まず、必ず上クラッド層１８上で数十ナノメートル（ｎａｎｏｍｅｔｅｒ）のｎ型エピタキシアル層６４をエピタキシアル成長させ、次にエピタキシアルウェハを反応器から取り出し、マイクロイメージとエッチング技術を利用して、島状のｎ型エピタキシアル層６４を形成する。さらにエピタキシアルウェハをＭＯＣＶＤ反応器に送り、引き続きｐ型窓層６２をエピタキシアル成長させる。このほかに、発光ダイオード６０の電流ブロック構造は、上クラッド層１８の上方に設けられ、ｐ型抵抗性接触電極２２から導入した電流は依然ｎ型エピタキシアル層６４の下方の発光層１６まで流れることができ、ここで生じた光子は依然ｐ型抵抗性接触電極２２に阻まれて外部に放射できない。
【００１２】
現在、発光ダイオードの電流展開問題を解決するために使用できる技術はたくさんある。たとえば、Ｈ．Ｓｕｇａｗａｒａらは選択区域拡散法（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を利用して電流ブロック構造（特許文献１を参照）を製造した。Ｂ．Ｊ．ＬｅｅらはＩＴＯまたはＺｎＯで構成する透明電極中で、マイクロイメージとエッチング技術を利用して、その深さがｐ型リン化アルミニウムガリウムインジウムで構成された上クラッド層まで達する１つの丸穴を形成し、次に金属膜をメッキしてショットキーバリア（Ｓｃｈｏｋｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ）を形成し、加熱により金属膜とｐ型リン化アルミニウムガリウムインジウムの境界面に自然酸化物を形成させる。このショットキーバリアと自然酸化物で電流ブロック構造を形成する（特許文献２を参照）。このほかに、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８なども各種形式の電流ブロック構造設計を開示している。
【特許文献１】米国特許第５，１５３，８８９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７１７，２２６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９４９，０９３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４２０，７３２号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第１，２２５，６７０号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００１／００５０５３０号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００３／００３９２８８号明細書
【特許文献８】米国特許第６，５２２，６７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の主な目的は、電流ブロック構造をもつ発光ダイオードと注入技術を利用して電流ブロック構造をもつ発光ダイオードを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の発光ダイオードは、
基板と、
間に発光層が挟まれた下クラッド層と上クラッド層、および前記上クラッド層上に設けられた窓層を有し、前記基板上に設けられたエピタキシアル構造と、
前記エピタキシアル構造の上に設けられた抵抗性接触電極とを備えてなる発光ダイオードであって、
前記エピタキシアル構造の内部に、前記抵抗性接触電極の下から少なくとも前記発光層まで延びる電流ブロック構造が設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の発光ダイオードの前記窓層と前記抵抗性接触電極の間に、横方向に電流を展開するコンタクト層を設けてもよい。
【００１６】
本発明の発光ダイオードの前記電流ブロック構造は、前記下クラッド層まで延びるものであってもよい。
【００１７】
本発明の発光ダイオードの前記電流ブロック構造の面積は、前記抵抗性接触電極の面積より小さいことが好ましい。
【００１８】
本発明の発光ダイオードの前記電流ブロック構造は、前記抵抗性接触電極の下表面から延びるものであってもよい。
【００１９】
本発明の第１の発光ダイオードの製造方法は、基板の上に、間に発光層が挟まれた下クラッド層と上クラッド層、および前記上クラッド層上に設けられた窓層を有するエピタキシアル構造を形成するステップと、
前記エピタキシアル構造の上に、少なくとも１つの開口を含むフォトレジスト層を形成するステップと、
前記エピタキシアル構造の内部に前記電流ブロック構造を形成するのに用いる注入工程を少なくとも１回行うステップと、
前記フォトレジスト層を除去するステップと、
前記エピタキシアル構造の上に抵抗性接触電極を形成するステップとを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の発光ダイオードの製造方法は、基板の上に、間に発光層が挟まれた下クラッド層と上クラッド層、および前記上クラッド層上に設けられた窓層を有するエピタキシアル構造を形成するステップと、
前記エピタキシアル構造の上に抵抗性接触電極を形成するステップと、
前記エピタキシアル構造の上に、少なくとも１つの開口を含むフォトレジスト層を形成するステップと、
前記エピタキシアル構造の内部に前記電流ブロック構造を形成するのに用いる注入工程を少なくとも１回行うステップとを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の発光ダイオード製造方法において、前記注入工程は、所定用量と所定エネルギーのプロトンビームを前記エピタキシアル構造に導入することとすることができる。
【００２２】
前記所定用量は、（１×１０１２）不純物／ｃｍ２から（９×１０１６）不純物／ｃｍ２の範囲内とすることができる。
【００２３】
前記所定エネルギーは、１００キロ電子ボルトから１０００キロ電子ボルトの範囲内とすることができる。
【００２４】
さらに、本発明の発光ダイオード製造方法において、前記注入工程は、複数種のエネルギーのプロトンビームを夫々前記エピタキシアル構造に導入することとしてもよい。
【００２５】
本発明の発光ダイオード製造方法において、前記注入工程に使用される不純物が、プロトン、窒素イオン、酸素イオンからなる群から選択されたものとすることができる。
【００２６】
周知の技術と比較すると、本発明は、注入技術を利用して発光ダイオードの内部に電流ブロック構造を形成させるものであり、以下のような長所を有する。
【００２７】
１．エピタキシアルウェハは、ＭＯＣＶＤ反応器に１回出し入れするだけで、すべてのエピタキシアル成長を完了させることができる。
【００２８】
２．本発明の発光ダイオードは比較的薄い窓層があるだけで、電流を展開させる目的を達することができ、それにより、エピタキシアル成長の時間を短縮できる。
【００２９】
３．注入工程は、非常に安定確実な技術であり、発光ダイオードの製造の合格率を高めることができるだけでなく、相対的に生産コストの低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図６から図８は、本発明の第１の実施形態の発光ダイオード７０の製造方法を示した図である。図６で分かるように、本発明は、まず基板７２の上にエピタキシアル構造８０を形成し、エピタキシアル構造８０には、下クラッド層８２、上クラッド層８４、上クラッド層８４と下クラッド層８２の間に挟まれた発光層８３、上クラッド層８４上に設けた窓層８６、窓層８６上に設けたコンタクト層８８が含まれる。一般的に言うと、窓層８６のインピーダンスは高めで、電流の横方向展開に不利である。そのため、本発明は、この窓層８６をエピタキシアル成長させる過程で、ｐ型不純物を含む気体をＭＯＣＶＤの反応器に加えることにより、この窓層８６の表面に比較的高いキャリア濃度をもつコンタクト層８８を形成させた。
【００３１】
次に、コンタクト層８８上に厚さ約１，０００〜２，０００オングストロームのアルミニウム膜または金膜をメッキし、さらに回転式を利用して適度の厚さのフォトレジストを塗布し（Ｓｐｉｎ−ｏｎ）、ソフトオーブンとハードオーブンを経て、さらに位置合せ光マスクを使用し、マイクロイメージ感光、エッチング、フォトレジスト除去手順を経た後、エピタキシアルウェハの切断セクションで金属の十文字記号を残し、位置合せの参考用とする。
【００３２】
図７から分かるように、エピタキシアル構造８０のコンタクト層８８上に開口１０２の付いたフォトレジスト層１００を形成する。次に最低１回の注入工程を行い、所定用量と所定エネルギーのプロトンビーム９６を開口１０２の真下のコンタクト層８８、窓層８６、上クラッド層８２、発光層８３に導入して、エピタキシアル構造８０中に電流ブロック構造９２を形成する。この所定用量は１×１０１２から９×１０１６不純物／ｃｍ２の間であり、所定エネルギーは１００から１０００キロ電子ボルトの間である。プロトン以外に、窒素イオンと酸素イオンもこの電流ブロック構造の形成に使用できる。また、この注入工程は複数種のエネルギーをもつプロトンビームをそれぞれエピタキシアル構造中に導入することもできる。この注入工程は、先に高エネルギープロトンビームを注入してから低エネルギープロトンビームを注入してもよいし、まず低エネルギープロトンビームを注入してから高エネルギープロトンビームを注入してもよい。
【００３３】
図８で分かるように、フォトレジスト層１００を除去後、エピタキシアル構造のコンタクト層８８上にｐ型抵抗性接触電極９０を、基板７２のもう１つの表面にｎ型抵抗性接触電極９４を形成して、この発光ダイオード７０を完成させる。開口１０２（すなわち注入部）の面積はｐ型抵抗性接触電極９０の面積より小さい方が望ましく、直径１５０μｍの円形抵抗性接触電極を例にとると、対応する注入部の直径は１０μｍ〜１４０μｍの間である。本発明の発光ダイオード７０の電流ブロック構造９２は、このｐ型抵抗性接触電極９０の下表面から発光層８３まで延びている。また、本発明は、プロトンビームのエネルギー量を高めることにより、プロトンを開口１０２の真下の発光層８３中、ないしは下クラッド層８２中にまで注入することができる。すなわち、この電流ブロック構造９２を、ｐ型抵抗性接触電極９０の下表面から下クラッド層８２まで延ばす。
【００３４】
ｐ型抵抗性接触電極９０の真下の発光層８３で生じる光子の大部分が発光ダイオード７０を輻射できないため、この発明は、プロトンをｐ型抵抗性接触電極９０の真下の発光層８３に注入することにより、電流がここに流れて発光ダイオード７０を輻射できない光子が生じるのを回避する。逆に、電流はｐ型抵抗性接触電極９０の真下以外の発光層８３に流れ、発光ダイオード７０を輻射できる光子を生じさせ、さらには外部量子効率を高める。
【００３５】
周知の技術（図５に示すような発光ダイオード６０）と比較すると、本発明は、抵抗性接触電極９０と発光層８３の間に連続的に延びる電流ブロック構造９２を形成させる。順方向の電流を発光ダイオード７０に加えたとき、ｐ型抵抗性接触電極９０から導入した電流はまずコンタクト層８８を経由して展開し、次に下向きに発光層８３に流れる。ところで、ｐ型抵抗性接触電極９０の真下の円柱状区域にすでに半絶縁体が形成されて順方向の電流の通過を阻むため、電流は円柱状以外の区域を流れるようになり、円柱状区域の外側の発光層８３に注入される。そのため、生じた光子は幾何的関係のためにｐ型抵抗性接触電極９０に反射して戻る確率は大幅に減少し、発光ダイオード７０の外部量子効率は大幅に上昇する。
【００３６】
図９は、本発明の第２の実施形態の発光ダイオード７０の製造方法の説明図である。図９が示すように、基板７２の上表面にエピタキシアル構造８０を形成した後、エピタキシアル構造８０上にｐ型抵抗性接触電極９０を形成し、基板７２の下表面にｎ型抵抗性接触電極９４を形成する。次に、開口１１２を含むフォトレジスト層１１０を形成する。それから、注入工程を行って、所定用量と所定エネルギーのプロトンビーム９６を開口１１２の真下のコンタクト層８８、窓層８６、上クラッド層８４に導入して、エピタキシアル構造８０中に電流ブロック構造９２を形成する。最後に、フォトレジスト層１１０を除去して、発光ダイオード７０の製造が完了する。
【００３７】
所定用量は１×１０１２から９×１０１６不純物／ｃｍ２の間であり、所定エネルギーは１００から１０００キロ電子ボルトの間である。先にｐ型抵抗性接触電極９０を透過するため、注入プロトンのエネルギーは第１の実施形態よりやや高い。光マスクで位置合せをするときは、ｐ型抵抗性接触電極を位置合せの参考とすることができる。このとき、第１の実施形態に記載の位置合せ記号を作る必要がなく、注入位置の定義用と抵抗性接触電極９０用に２つの光マスクがあるだけでよい。
【００３８】
本発明は、注入プロトンビーム９６の用量とエネルギーを制御することもできるため、発光ダイオード７０の電流ブロック構造９２をｐ型抵抗性接触電極９０の下のいずれかの位置（すなわちその下表面に接触しない）で生じさせる。
【００３９】
周知の技術と比較すると、本発明は、注入技術を利用して、発光ダイオードの内部に電流ブロック構造を形成するものであり、下記の長所を有する。
【００４０】
１．周知の技術は、マイクロイメージとエッチング技術を利用して電流ブロック構造を作るため、発光ダイオードに２回結晶工程を行って初めてすべての結晶膜層を完成させる。これに対し、本発明の電流ブロック構造の注入工程は、すべてのエピタキシアル層が完了した後に行うことができるため、エピタキシアルウェハは、ＭＯＣＶＤ反応器に１回出し入れするだけで、すべてのエピタキシアル成長を完了させることができる。
【００４１】
２．本発明の発光ダイオードは比較的薄い窓層があれば、電流を展開させる目的を達することができる。電流を加えるのは、主に電流ブロック構造とコンタクト層から横方向に展開するため、窓層の厚さが減り、エピタキシアル成長の時間を短縮できる。
【００４２】
３．注入工程は、非常に安定確実な技術であり、発光ダイオードの製造の合格率を高めることができるだけでなく、相対的に生産コストの低減が図れる。
【００４３】
この発明の技術内容と技術的特徴は前に挙げたとおりであるが、当業者は本発明の教示と開示に基づいて、本発明の趣旨から外れない様々な代替および変更を行うことが可能である。したがって、本発明の保護範囲は、実施例で開示したものに限るべきではなく、本発明から逸脱しない様々な代替および変更、ならびに頭記の特許請求の範囲でカバーされるものを包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】周知の赤色発光ダイオードの断面図である。
【図２】もう１つの周知の発光ダイオードの断面図である。
【図３】もう１つの周知の発光ダイオードの断面図である。
【図４】もう１つの周知の発光ダイオードの断面図である。
【図５】もう１つの周知の赤色発光ダイオードの断面図である。
【図６】本説明の第１の実施形態の発光ダイオードの製造方法の説明図である。
【図７】本説明の第１の実施形態の発光ダイオードの製造方法の説明図である。
【図８】本説明の第１の実施形態の発光ダイオードの製造方法の説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の発光ダイオードの製造方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  発光ダイオード
１２  基板
１４  下クラッド層
１６  発光層
１８  上クラッド層
２０  ｎ型抵抗性接触電極
２２  ｐ型抵抗性接触電極
３０  発光ダイオード
３２  窓層
４０  発光ダイオード
４２  窓層
５０  発光ダイオード
５２  透明電極
５４  移行層
６０  発光ダイオード
６２  窓層
６４  ｎ型エピタキシアル層
７０  発光ダイオード
７２  基板
８０  エピタキシアル構造
８２  下クラッド層
８３  発光層
８４  上クラッド層
８６  窓層
８８  コンタクト層
９０  ｐ型抵抗性接触電極
９２  電流ブロック構造
９４  ｎ型抵抗性接触電極
９６  プロトンビーム
１００  フォトレジスト層
１０２  開口
１１０  フォトレジスト層
１１２  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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